Proses Pembuatan Pelat Pendingin Cair Ekstrusi

Pelat pendingin cair ekstrusi adalah komponen manajemen termal terintegrasi yang diproduksi melalui proses ekstrusi paduan aluminium. Pelat pendingin cair ini menggunakan media pendingin cair—seperti air, campuran air-glikol, atau cairan berfluorinasi—untuk mencapai pertukaran panas yang efisien.

Fitur utama dari teknologi pendinginan cairan pelat dingin ini adalah pembentukan saluran aliran internal tertutup atau multi-rongga di dalam satu profil aluminium ekstrusi. Struktur ini memberikan hambatan aliran rendah, toleransi tekanan tinggi, desain kompak, dan biaya terkontrol, sehingga banyak digunakan dalam elektronik dengan kepadatan daya tinggi, paket baterai, pendinginan cairan server, dan elektronik daya.

Memahami cara kerja pelat pendingin cair sangat penting: panas dihantarkan dari sumber panas ke badan pelat pendingin, dipindahkan ke saluran aliran cairan internal, dan kemudian dibuang oleh konveksi paksa. Dibandingkan dengan pelat pendingin tabung atau pelat pendingin cair yang disolder, desain ekstrusi menawarkan integritas struktural yang lebih tinggi dan mengurangi risiko kebocoran.

karakteristik teknis inti

• one-piece extruded flow channels
  seamless internal channels formed during ekstrusi eliminate weld seams and reduce leakage risk compared to brazed or tubed structures.

• high thermal conductivity materials
  typically manufactured from 6061 or 6063 aluminum alloys with thermal conductivity ≥ 180 w/m·k. while copper cold plates offer higher conductivity, aluminum provides a superior balance of weight, cost, and corrosion resistance.

• customizable desain saluran alirans
  supports parallel channels, serpentine channels, and multi-cavity configurations, enabling flexible liquid cold plate design.

• high pressure capability
  typical operating pressure: 0.5–1.5 mpa
  Tekanan pecah: ≥ 3,0 mpa

• lightweight structure
  20–40% lighter than cnc-machined or plate liquid cooling solutions.

• excellent permukaan treatment compatibility
  suitable for anodizing, electroless nickel plating, and functional coatings.

skenario aplikasi tipikal

• sistem pelat pendingin air paket baterai kendaraan listrik

• Pelat pendingin CPU/GPU server untuk elektronik

• sistem pendingin laser daya tinggi

• pendingin pelat dingin modul daya dan IGBT

• manajemen termal sistem penyimpanan energi

proses pembuatan pelat pendingin cair ekstrusi

1. Tahap persiapan bahan baku

Pemilihan billet aluminium → analisis komposisi kimia (spektrometer) → pengujian sifat mekanik (kekerasan, kekuatan tarik) → pra-pemrosesan (pemotongan, pemesinan permukaan ujung) → penyimpanan material

• Jenis paduan: 6061-t5 / t6, 6063-t5

• Diameter billet: φ100–φ300 mm

• Akurasi pra-pemrosesan:

• Toleransi panjang: ±1 mm

• Ketegaklurusan permukaan ujung: ≤ 0,1 mm

2. Tahap desain dan pembuatan cetakan

Desain saluran aliran (optimasi simulasi termal CFD) → desain cetakan ekstrusi (lubang port, ruang pengelasan, bantalan) → pemilihan baja cetakan (baja perkakas kerja panas H13) → pemesinan kasar CNC → perlakuan panas (pendinginan + temper tiga kali) → pemesinan presisi (EDM, pemotongan kawat) → pemolesan (bantalan bantalan ra ≤ 0,4 μm) → validasi ekstrusi percobaan

Tahap ini secara langsung menentukan geometri internal dan kinerja pelat pendingin cair ekstrusi, membedakannya dari struktur pelat pendingin cair yang disolder yang bergantung pada pengikatan pasca-perakitan.

3. tahap pembentukan ekstrusi

Pemanasan awal billet aluminium (480–520°C) → pemanasan awal cetakan (450–480°C) → pengaturan parameter ekstrusi → ekstrusi profil (kecepatan 1–5 m/menit) → pendinginan online (pendinginan udara atau kabut) → penarikan dan pelurusan → pemotongan panjang tetap → perlakuan penuaan (kondisi t5 / t6)

Proses ekstrusi memungkinkan saluran aliran internal yang konsisten yang mendukung kinerja pendinginan cairan pelat yang stabil.

4. tahap pemesinan presisi CNC

Pemesinan permukaan acuan (penetapan sistem koordinat) → pemesinan permukaan ujung (pembukaan saluran aliran) → pemesinan antarmuka (port masuk/keluar, lubang pemasangan) → pemesinan permukaan penyegelan (kerataan ≤ 0,05 mm) → penghilangan gerinda → pemeriksaan kebersihan

persyaratan pemesinan

• alur penyegelan permukaan ujung:

• toleransi lebar ±0,02 mm

• toleransi kedalaman ±0,01 mm

• lubang berulir:

• akurasi 7 jam

• tegak lurus ≤ 0,05 mm

• Kerataan permukaan pemasangan: ≤ 0,1 mm / 100 mm

• kebersihan:

• partikel ≤ 100 pcs/m²

• residu minyak ≤ 10 mg/m²

5. Persiapan pemesinan dan pengelasan tutup ujung

Pemilihan material penutup ujung (paduan yang sama atau kompatibel) → penyelesaian CNC → penyelesaian permukaan penyegelan (ra ≤ 1,6 μm) → pemesinan alur pengelasan → pembersihan (pembersihan ultrasonik) → penempatan perakitan (perlengkapan khusus)

parameter desain tutup ujung

• Ketebalan: 3–10 mm (berdasarkan persyaratan tekanan)

• Metode penyegelan:

• penyegelan alur o-ring

• penyegelan datar

• penyegelan pengelasan penuh

• Opsi pengelasan:

• pengelasan gesekan aduk (fsw)

• pengelasan laser

• pengelasan TIG

6. tahap pengelasan dan penyegelan

Pemilihan proses pengelasan → perakitan perlengkapan → pengaturan parameter pengelasan → pelaksanaan pengelasan otomatis → perlakuan panas pasca-pengelasan (penghilangan tegangan) → inspeksi tampilan hasil pengelasan

perbandingan proses pengelasan

• pengelasan gesekan aduk (fsw):
  no filler material, high joint strength, ideal for long straight seams

• pengelasan laser:
  small heat-affected zone, high precision, suitable for complex seams

• pengelasan TIG:
  cost-effective, flexible, suitable for small-batch custom liquid cold plate production

7. uji tekanan dan penyegelan

• pengujian kebocoran helium

• Pengujian tekanan hidrostatik (1,5× tekanan kerja)

• pengujian tekanan pecah (≥ 3× tekanan kerja)

• Pengujian siklus tekanan (100.000 siklus)

standar pengujian

• Tingkat kebocoran: ≤ 1×10⁻⁷ mbar·l/s (helium)

• Penahanan tekanan: 1,5 mpa × 5 menit, penurunan tekanan ≤ 0,01 mpa

• Tekanan pecah: ≥ 3,0 mpa

• Pengujian tekanan berulang: 0,2–1,0 MPa, 100.000 siklus tanpa kebocoran

8. Tahap perawatan permukaan (opsional)

Pra-perlakuan (penghilangan lemak, pengawetan) → anodisasi (alami / hitam) → penyegelan → lapisan fungsional → pemanggangan dan pengeringan

pilihan perawatan permukaan

• anodisasi:

• ketebalan 10–15 μm

• kekuatan dielektrik ≥ 500 V

• Pelapisan nikel tanpa listrik:

• ketebalan 10–20 μm

• peningkatan ketahanan korosi

• ptfe coating:
  improved chemical resistance

• insulating coatings:
  for electrical isolation requirements

9. Proses pembersihan dan pengeringan

Pembilasan air deionisasi bertekanan tinggi → pembersihan ultrasonik (deterjen netral) → pembilasan aliran balik tiga tahap → pengeringan udara panas (80–100°C) → pengeringan vakum (aplikasi keandalan tinggi) → pengisian nitrogen untuk pencegahan oksidasi

standar kebersihan

• Ukuran partikel: ≤ 50 μm

• Residu non-volatil: ≤ 10 mg/m²

• Kandungan ion klorida: ≤ 1 ppm

• Konduktivitas: ≤ 5 μs/cm

10. perakitan aksesori

Pemasangan segel (silikon / FKM / EPDM) → Perakitan fitting sambungan cepat → Pemasangan sensor suhu (opsional) → Pemasangan sensor tekanan (opsional) → Pemberian label (informasi produk dan arah aliran)

persyaratan aksesori

• Bahan segel: EPDM, FKM, silikon (−40°C hingga 150°C)

• Standar konektor: DIN, SAE, JIS, BSPP

• Akurasi sensor:

• suhu ±0,5°C

• tekanan ±1% fs

11. Pengujian kinerja produk jadi

Pengujian resistansi termal (metode sumber panas standar) → pengujian resistansi aliran (kurva aliran vs. penurunan tekanan) → pengujian keseragaman aliran (desain multi-saluran) → pengujian daya tahan (siklus termal dan tekanan) → pemeriksaan ulang kebocoran helium akhir (inspeksi 100%)

indikator kinerja

• Hambatan termal: 0,01–0,05 °C/w (tergantung desain dan aliran)

• Hambatan aliran: ≤ 50 kPa @ 10 l/min (tipikal)

• Penyimpangan keseragaman aliran: ≤ 10%

• Kisaran suhu operasi: −40°C hingga 120°C

12. Inspeksi akhir dan pengemasan

Inspeksi visual → pengambilan sampel dimensi (cmm) → persiapan dokumentasi → kemasan anti korosi (vci) → kemasan tahan guncangan → pelabelan karton luar

spesifikasi kemasan

• perlindungan unit tunggal: kantong PE + kertas VCI

• orientasi pengemasan: penempatan vertikal

• Isi label: ID produk, tanggal produksi, arah aliran, tanda mudah pecah

• Kondisi penyimpanan: −10°C hingga 40°C, ≤ 70% RH

13. dokumentasi dan ketertelusuran

Sertifikat kesesuaian → sertifikat material → laporan uji kinerja → catatan proses → label ketertelusuran (kode QR / barcode) → manual instalasi dan pengoperasian

titik kontrol kritis terhadap kualitas (ctq)

kemampuan proses dan kapasitas produksi

• Lebar ekstrusi: 30–300 mm

• tinggi: 10–100 mm

• panjang: 500–6000 mm

• Ketebalan dinding minimum:

• Ketebalan dinding saluran: 1,0 mm

• Dinding luar: 1,5 mm

• kekasaran permukaan:

• Permukaan ekstrusi: ra ≤ 3,2 μm

• Permukaan yang dikerjakan mesin: ra ≤ 1,6 μm

pedoman desain dan praktik terbaik

desain saluran aliran

• Diameter hidraulik: 4–8 mm

• Rasio aspek: ≤ 10:1

• Jari-jari lengkungan: ≥ 1,5× lebar saluran

• desain saluran masuk/keluar berbentuk lonceng

• sirip internal opsional untuk meningkatkan perpindahan panas

desain struktural

• ketebalan dinding seragam

• tulang rusuk penguat di lokasi-lokasi kritis

• tata letak pemasangan bebas stres

• toleransi ekspansi termal

strategi pemilihan material

• Aplikasi umum: 6063-t5

• aplikasi berkinerja tinggi: 6061-t6

• lingkungan yang keras: lapisan tambahan

optimalisasi biaya

• penampang melintang terstandarisasi

• peningkatan pemanfaatan material

• pengurangan pemesinan sekunder

• skala ekonomi dalam produksi massal

Dengan struktur ekstrusi satu bagian, risiko kebocoran rendah, keandalan tinggi, dan efisiensi biaya yang sangat baik, pelat pendingin cair ekstrusi memainkan peran yang tak tergantikan dalam aplikasi pendinginan pelat pendingin dengan kepadatan daya tinggi. Seiring dengan terus berkembangnya industri seperti kendaraan listrik, pusat data, komunikasi 5G, dan energi terbarukan, pelat pendingin khusus dan solusi pelat pendingin cair khusus akan berevolusi menuju kinerja yang lebih tinggi, bobot yang lebih ringan, dan manajemen termal yang lebih cerdas—menyediakan solusi yang kuat dan terukur untuk sistem pendinginan cair generasi berikutnya.